JP2009085635A - Handwriting handwriting input system - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の手書き筆跡入力システムに於いては、受信部にて検出した超音波信号の振幅が小さい場合などに、到達時刻の計測精度が低下したり、波形データ計測に大量のメモリや高速で高分解能のA/D変換器が必要となり、コスト高になったりなどの欠点があった。
【解決手段】 超音波信号が閾値を超えたときの前後のメモリに保存しているゼロクロス点に対応した時刻の時間差を基準周期として、メモリに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の超音波受信部への到達時刻とすることで、問題を解決することが出来た。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: In a conventional handwritten handwriting input system, when the amplitude of an ultrasonic signal detected by a receiving unit is small, the measurement accuracy of arrival time is lowered, a large amount of memory or high speed is used for waveform data measurement Therefore, a high-resolution A / D converter is required, resulting in high costs.
SOLUTION: A time difference corresponding to a zero cross point stored in a memory before and after an ultrasonic signal exceeds a threshold is set as a reference period, from a zero cross point corresponding to a reference period stored in the memory, Go back by the reference period and continue going back by the reference period until there is no zero crossing point that matches within the specified error at the time that goes back, and the time of the last matching zero crossing point is sent to the ultrasonic signal reception unit of the ultrasonic signal The problem could be solved by setting the arrival time of.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、少なくとも赤外線信号と超音波信号を発する電子ペンと、前記赤外線信号と超音波信号を受信し、その到達時間差から電子ペンの位置座標を計算する手段とを備えた手書き筆跡入力システムであって、前記電子ペンが超音波信号を発信し、赤外線超音波測定部において受信した超音波信号のゼロクロス点の時刻を逐次記憶し、記憶した時刻より超音波信号の到達時間を適切に抽出することにより、電子ペンの位置座標の正確さを向上させた手書き筆跡入力システムに関する。 The present invention is a handwriting handwriting input system comprising: an electronic pen that emits at least an infrared signal and an ultrasonic signal; and a means for receiving the infrared signal and the ultrasonic signal and calculating a position coordinate of the electronic pen from the difference in arrival time. The electronic pen transmits an ultrasonic signal, and the time of the zero cross point of the ultrasonic signal received by the infrared ultrasonic measurement unit is sequentially stored, and the arrival time of the ultrasonic signal is appropriately extracted from the stored time. The present invention relates to a handwriting handwriting input system that improves the accuracy of position coordinates of an electronic pen.
従来、赤外線信号もしくは超音波信号を用いた電子ペンの位置座標検出において、超音波信号を精度良く受信する技術が知られている。例えば、特開2003−222675号広報(特許文献1)では、送信部より赤外線信号と超音波信号を発し、それらの信号を受信部で受信して、超音波信号の到達時間を基に送信部と受信部間の距離計算する際に、受信部において超音波信号の到達時間を精度良く計測し、送信部と受信部間の距離計算に反映する技術が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for receiving an ultrasonic signal with high accuracy in detecting the position coordinates of an electronic pen using an infrared signal or an ultrasonic signal is known. For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-222675 (Patent Document 1), an infrared signal and an ultrasonic signal are emitted from a transmission unit, the signals are received by the reception unit, and the transmission unit is based on the arrival time of the ultrasonic signal. When calculating the distance between the receiving unit and the receiving unit, a technique for accurately measuring the arrival time of the ultrasonic signal in the receiving unit and reflecting it in calculating the distance between the transmitting unit and the receiving unit is disclosed.
この距離計測技術を利用した手書き筆跡入力システムは、例えば以下のようなものである。筆記時に、ペンに装着した超音波送信部から送信された超音波信号を固定配置された2つの超音波センサにて受信し、測定した2つの距離計測から座標位置を測定することで、用紙上での文字の記入などに伴うペンの動きが情報処理機器に入力される。このとき、2つの距離計測を精度良くするために、超音波信号を送信する送信部と、少なくとも1個以上の超音波信号を受信して電気信号に変換する受信部(超音波センサ)と、受信部からの超音波信号の受信波形が所定の閾値と交差する回数を計測し、最初に交差した交点から数えて所定の回数後の交差タイミングを検出するタイミング検出部と、送信部による超音波の送信開始から検出された交差タイミングまでの時間を計測する時間計測部と、計測された時間に基づいて距離を算出する距離計測部を備える必要がある。そして、受信した超音波信号の波形による到達時間測定の分解能は、閾値と交差する波形の傾きに依存しており、振幅が大きいほど傾きが急峻になるため高い時間分解能が得られ、振幅が大きいほど閾値と交差するタイミングのばらつきは小さくなる。そこで、閾値と交差する波形の傾きが急峻となる振幅が大きい波との交差タイミングを検出して、伝播時間の計測精度を向上させている。
また、2つの距離計測を精度良くするために、超音波信号を送信する送信部と、少なくとも1個以上の超音波信号を受信して電気信号に変換する受信部(超音波センサ)と、受信部からの超音波信号の受信信号の波形が所定の閾値と交差する回数を計測し、最初に交差した交点から数えて所定回数後の交点から所定回数分の各交差タイミングを検出するタイミング検出部と、送信部による超音波信号の送信開始から検出された各交差タイミングまでの時間を各々計測して加算平均した時間を求める時間計測部と、加算平均した時間に基づいて距離を算出する距離計測部とを、備える必要がある。そして、閾値と交差する波形の傾きが急峻となる複数の交差タイミングを加算平均することにより実効的な時間分解能を更に向上させている。
A handwritten handwriting input system using this distance measurement technique is, for example, as follows. When writing, the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmitter mounted on the pen is received by two ultrasonic sensors fixedly arranged, and the coordinate position is measured from the two measured distances. The movement of the pen that accompanies the entry of characters on the keyboard is input to the information processing device. At this time, in order to accurately measure the two distances, a transmission unit that transmits an ultrasonic signal, a reception unit (ultrasonic sensor) that receives at least one ultrasonic signal and converts it into an electrical signal, A timing detector that measures the number of times the received waveform of the ultrasonic signal from the receiver crosses a predetermined threshold, detects a crossing timing after the predetermined number of times from the first crossing point, and an ultrasonic wave by the transmitter It is necessary to provide a time measuring unit that measures the time from the start of transmission to the detected intersection timing, and a distance measuring unit that calculates the distance based on the measured time. The resolution of arrival time measurement using the waveform of the received ultrasonic signal depends on the slope of the waveform that intersects the threshold, and the higher the amplitude, the steeper the slope. As the threshold value is crossed, the variation in timing becomes smaller. Therefore, the measurement accuracy of the propagation time is improved by detecting the timing of crossing with a wave having a large amplitude at which the slope of the waveform crossing the threshold value is steep.
In addition, in order to accurately measure two distances, a transmission unit that transmits an ultrasonic signal, a reception unit (ultrasonic sensor) that receives at least one ultrasonic signal and converts it into an electrical signal, and reception A timing detection unit that measures the number of times that the waveform of the received signal of the ultrasonic signal from the unit intersects a predetermined threshold and detects each intersection timing for a predetermined number of times from the intersection after the predetermined number of times counting from the first intersection And a time measurement unit for calculating a time obtained by adding and averaging each time from the start of transmission of the ultrasonic signal by the transmission unit to each detected intersection timing, and distance measurement for calculating a distance based on the time obtained by the addition average Part. The effective time resolution is further improved by averaging the plurality of intersection timings at which the slope of the waveform that intersects the threshold value is steep.
また、特開平8−254454号公報(特許文献2)では、測定対象物に対して超音波信号を送信し、その反射して戻ってくる超音波信号を受信して、その超音波信号の送信から受信までの時間計測をして、測定対象物までの距離測定をする装置が開示されている。この超音波信号の受信については、その波形に現われる複数のピーク点を検出し、これらのピーク点を結ぶ仮想包絡線が波形のゼロレベルと交差するゼロクロス点を検知する。 そして、超音波信号の送信の波形の第1波の立上り時点から受信の波形のゼロクロス点までの経過時間を測定し、該測定値に所定のオフセット時間を加算して、その加算結果に基づいて、測定対象までの距離を算出し、計測精度を向上させている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 8-254454 (Patent Document 2), an ultrasonic signal is transmitted to an object to be measured, an ultrasonic signal that is reflected and returned is received, and the ultrasonic signal is transmitted. An apparatus for measuring the time from reception to reception and measuring the distance to the measurement object is disclosed. For reception of this ultrasonic signal, a plurality of peak points appearing in the waveform are detected, and a zero cross point where a virtual envelope connecting these peak points intersects the zero level of the waveform is detected. Then, an elapsed time from the rising edge of the first wave of the transmission waveform of the ultrasonic signal to the zero cross point of the reception waveform is measured, a predetermined offset time is added to the measured value, and the result of the addition is measured. The distance to the measurement object is calculated and the measurement accuracy is improved.
同様に、特開平5−034192号公報(特許文献3)では、被測定物に超音波信号を伝搬させてその伝搬時間などを測定する装置が開示されている。この超音波信号の送波器の出力タイミングに基づいて超音波信号の受波器で受信される超音波の伝搬時間を算定するため、受信した超音波信号を順次記憶する波形記憶部と、この記憶された超音波信号の波形データによりゼロクロス点を検出するゼロクロス位置検出部と、このゼロクロス位置検出部と超音波信号の受波器の出力タイミングに基づいて受信した超音波信号の伝搬時間を算定する伝搬時間演算部とを有し、そして、ゼロクロス位置検出部が、波形記憶部の超音波信号の波形データから隣接する波同士の振幅比を求める振幅比演算機能と、この演算される振幅比の内の最大振幅比にかかる波形データを基準波として選定する基準波選定機能と、この選定された基準波に基づいてゼロクロス点を特定するゼロクロス点特定機能とを備えることによって、受信した超音波信号のゼロクロス点を特定し、超音波信号の伝搬時間を高精度に算定している。 Similarly, Japanese Patent Laid-Open No. 5-034192 (Patent Document 3) discloses an apparatus for propagating an ultrasonic signal to an object to be measured and measuring the propagation time thereof. In order to calculate the propagation time of the ultrasonic wave received by the ultrasonic wave receiver based on the output timing of the ultrasonic wave signal transmitter, a waveform storage unit for sequentially storing the received ultrasonic signal, and this A zero-cross position detector that detects the zero-cross point from the stored ultrasonic signal waveform data, and calculates the propagation time of the received ultrasonic signal based on the output timing of the zero-cross position detector and the receiver of the ultrasonic signal. And an amplitude ratio calculation function in which the zero cross position detection unit obtains an amplitude ratio between adjacent waves from the waveform data of the ultrasonic signal in the waveform storage unit, and the calculated amplitude ratio. A reference wave selection function that selects waveform data related to the maximum amplitude ratio as a reference wave, and a zero cross point specification function that specifies a zero cross point based on the selected reference wave By Rukoto identifies the zero-cross point of the ultrasonic signal received, and calculates the propagation time of the ultrasonic signal with high accuracy.
上記特許文献1では、超音波信号を送信する送信部と、超音波信号を受信する受信部との距離が遠く、全体の振幅が小さくなった場合、最初に交差した交点から数えて所定の回数後の交差タイミングを検出するタイミング検出部の所定の回数が同じでも、受信した最初の数波の超音波信号の波形の振幅が閾値より小さくなり、最大振幅の波形より後の波形を検出する可能性がある。このため、受信部にて検出した超音波信号の波形の中で大きい振幅の波形の位置が本来あるべき位置から変わってしまい精度低下を招く可能性がある。
また、上記特許文献2と特許文献3では、超音波信号を受信する際、受信機で受信された超音波信号は、電気信号に変換されたのち増幅器で増幅されて、A/D変換回路を介して出力される超音波信号の波形データを格納している。したがって、大量のメモリが必要になり、かつ、この波形データを生成するために、高速で高分解能のA/D変換器が必要となり、コスト高を招く可能性があるとともに、波形の振幅即ちピーク点を抽出する等の処理を行うために、大量の波形データのメモリを用いて処理を行う必要があり、時間を要する可能性がある。
In
In
本発明は、少なくとも、赤外線発光素子を含む赤外線発生回路と、超音波発生素子を含む超音波発生回路と、これらの回路から発信する赤外線信号及び超音波信号を制御する制御手段と、被記録媒体上に直接軌跡を残すことが可能な機能を有する筆記部と、該筆記部が筆記状態であるか否かを判別するスイッチとから成る電子ペン、
並びに少なくとも、一つ以上の赤外線受光部と、二つ以上の超音波受信部を有し、前記赤外線信号と前記超音波信号の前記赤外線受光部又は前記超音波受信部への到達を計測する赤外線超音波測定部、並びに該赤外線超音波測定部から得られた前記赤外線信号と前記超音波信号の到達時間差及び音速を用いて前記電子ペンと前記超音波受信部との間の距離を計算し、該距離を用いて前記電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、並びに前記電子ペンの位置座標データを筆跡データに変換する機能を有する変換処理部とから成る手書き筆跡入力システムであって、前記赤外線超音波測定部は、少なくとも、前記超音波受信部において受信した超音波信号の波形の立ち上がり、または、立ち下がりのゼロクロス点を計測するゼロクロス検出部と、前記超音波信号の波形の振幅が所定の閾値を超えたことを検出する振幅比較部とを有し、前記座標演算部は、前記ゼロクロス点の時刻を逐次記憶する時刻記憶部と、前記超音波信号の波形の振幅が所定の閾値を超えたときの前後のゼロクロス点に対応した時刻の時間差を基準周期とし、前記時刻記憶部に記憶している前記基準周期に対応するゼロクロス点から、前記基準周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、前記基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を前記超音波信号の前記超音波受信部への到達時刻として抽出する手段とを有することを特徴とする手書き筆跡入力システムを要旨とする。
The present invention includes at least an infrared generation circuit including an infrared light emitting element, an ultrasonic generation circuit including an ultrasonic generation element, control means for controlling infrared signals and ultrasonic signals transmitted from these circuits, and a recording medium An electronic pen comprising a writing unit having a function capable of leaving a locus directly on the switch and a switch for determining whether or not the writing unit is in a writing state;
And at least one infrared light receiving unit and two or more ultrasonic wave receiving units, and measuring the arrival of the infrared signal and the ultrasonic signal to the infrared light receiving unit or the ultrasonic wave receiving unit. Calculate the distance between the electronic pen and the ultrasonic receiver using the ultrasonic measurement unit, the arrival time difference between the infrared signal and the ultrasonic signal obtained from the infrared ultrasonic measurement unit, and the speed of sound, A handwriting handwriting input system comprising a coordinate calculation unit that calculates the position coordinate data of the electronic pen using the distance, and a conversion processing unit that has a function of converting the position coordinate data of the electronic pen into handwriting data, The infrared ultrasonic measurement unit measures at least a zero-cross point of rising or falling of the waveform of the ultrasonic signal received by the ultrasonic receiving unit. And an amplitude comparison unit that detects that the amplitude of the waveform of the ultrasonic signal exceeds a predetermined threshold, and the coordinate calculation unit is a time storage unit that sequentially stores the time of the zero cross point; From the zero cross point corresponding to the reference period stored in the time storage unit, the time difference of the time corresponding to the zero cross point before and after the amplitude of the waveform of the ultrasonic signal exceeds a predetermined threshold as a reference period , Going back by the reference period, and going back by the reference period until there is no zero crossing point that matches within a predetermined error at the time pointed back, the time of the zero crossing point that last matched is the The gist of the present invention is a handwritten handwriting input system having means for extracting the time of arrival at an ultrasonic wave reception unit.
本発明の手書き筆跡入力システムは、電子ペンの超音波発信部から発信する超音波信号を受信するために、ピエゾ素子、アンプ、フィルタ回路、コンパレータ、ゼロクロス回路、タイマ、メモリ、CPUなどからなっている。
ピエゾ素子にて受信された超音波信号は、アンプにて増幅され、帯域フィルタにて不要な周波数のノイズを除去される。ノイズを除去された超音波信号がゼロクロス点を通過した時に、そのときの時刻をメモリに逐次保存する。そして、超音波信号が閾値を超えたときの前後のメモリに保存しているゼロクロス点に対応した時刻の時間差を基準周期として、メモリに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の超音波受信部への到達時刻としている。
このように、本発明では、振幅の閾値を超えた波が何波長目かに依らず、超音波信号の受信機への到達時刻を抽出することが出来るため、送信部である電子ペンと受信機との距離が遠く、全体の振幅が小さくなった場合でも、超音波信号の到達時刻を精度良く計測し抽出できる。
また、超音波信号の波形の振幅を絶えず計測したり、波形データをメモリに保存しておいたりする必要もないため、大量のメモリや高速で高分解能なA/D変換器を必要とせずコスト高を招く恐れがない。
更に、消費電力も小さくなり、電源には乾電池を使用することも可能であり、モバイルでも使用することが出来る。
The handwriting handwriting input system of the present invention includes a piezo element, an amplifier, a filter circuit, a comparator, a zero-cross circuit, a timer, a memory, a CPU, and the like to receive an ultrasonic signal transmitted from an ultrasonic transmission unit of an electronic pen. Yes.
The ultrasonic signal received by the piezo element is amplified by an amplifier, and noise having an unnecessary frequency is removed by a bandpass filter. When the ultrasonic signal from which noise has been removed passes through the zero cross point, the time at that time is sequentially stored in the memory. Then, using the time difference of the time corresponding to the zero cross point stored in the memory before and after the ultrasonic signal exceeds the threshold as the reference period, from the zero cross point corresponding to the reference period stored in the memory, the reference period Go back by the amount of time, and go back by the reference period until there is no zero crossing point that matches within the specified error at the time of going back, and the time of the last matching zero crossing point arrives at the ultrasonic receiver of the ultrasonic signal. It is time.
As described above, in the present invention, since the arrival time of the ultrasonic signal to the receiver can be extracted regardless of the number of wavelengths of the wave exceeding the amplitude threshold value, the electronic pen and the reception unit can be received. Even when the distance to the machine is far and the overall amplitude is small, the arrival time of the ultrasonic signal can be measured and extracted with high accuracy.
In addition, since it is not necessary to constantly measure the amplitude of the waveform of the ultrasonic signal or to store the waveform data in a memory, a large amount of memory and a high-speed, high-resolution A / D converter are not required. There is no fear of incurring high.
Furthermore, power consumption is reduced, and a dry battery can be used as a power source, and it can also be used on a mobile.
以下、添付図面に従って、本発明に係る手書き筆跡入力システムの好ましい実施の形態について詳説する。
図1は、本実施の形態になる手書き筆跡入力システムの一例を示す斜視図である。同図において、受信機2は、二つの超音波受信部と一つの赤外線受信部と受信回路を有する赤外線超音波測定部、電子ペンの位置座標データを計算する座標演算部、位置座標データを筆跡データに変換する変換処理部の構成要素から成る。また、受信機2は通信インターフェース5を介してコンピュータ6と接続されており、受信機2の変換処理部から電子ペン1の筆跡データをコンピュータ6に送信することで、コンピュータ6は搭載したディスプレイに筆跡を表示したり、文字認識処理したり、記憶装置に保存したりすることが出来る。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a handwriting handwriting input system according to the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a handwritten handwriting input system according to the present embodiment. In the figure, a
図2の電子ペンのブロック図を用いて、電子ペン1の構造について説明する。電子ペン1の基本的な構成は、超音波発生素子10により超音波信号を発信させることのできる超音波発生回路11と、赤外線発光素子8より赤外線信号を発信する赤外線発生回路9と、超音波信号、赤外線信号を一定の間隔で発信できるように制御する制御手段とを含む信号発信部13、及びペン先の筆記部3、及びこの筆記部3が被記録媒体4に接触しながら文字や図を描いたときの筆記状態と非筆記状態に対応してオン・オフするペンスイッチ14、及び携帯性、筆記のしやすさを考慮して、無線方式で使用できるようにするために電子ペン全体に電源を供給する電池15から成る。本実施の形態では、筆記部3は被記録媒体上4に直接軌跡を残すことが可能な機能を設けたボールペンやシャープペンシルなどであるが、例えば筆記部3はスタイラスを内蔵し、ディスプレイの表面などを含む任意の面を被筆記媒体としてもよい。
The structure of the
超音波発生回路11の内部には、コンデンサとコイルと超音波発生素子10を配置し、超音波発生素子10には、ピエゾ素子を使用する。このピエゾ素子の形状は円筒形であることが多い。これは、筆記者が電子ペン1をどの向きに持って使用しても、電子ペン1のピエゾ素子は被記録媒体4上のどの方向にも一様に超音波信号を発信することが好ましいためである。この構成において、円筒形のピエゾ素子自身も共振周波数を持つ。このとき超音波発生回路11のLC共振回路の共振周波数f0は、回路の構成を調整し、ピエゾ素子の共振周波数と可能な限り近くすることが好ましい。ピエゾ素子の共振周波数は、ピエゾフィルムの特性、及び円筒の直径などによって定まり、超音波は周波数が低いほど距離による減衰が小さいこと、一方で周波数が高いほど座標分解能が高くなることなどを考慮して、共振周波数を決定する。電子ペンを使った手書き筆跡入力システムの場合、数十kHz程度がよく、80kHz付近が好ましく用いられる。
A capacitor, a coil, and an
赤外線発生回路9の内部には、トランジスタもしくはFETと赤外線発光素子8を配置し、トランジスタもしくはFETを制御することにより赤外線発光素子8の発光をオンまたはオフすることができる。このとき電子ペン1の円筒軸に対して全方向に赤外線を発光するように赤外線発光素子8の指向角度を考慮して、赤外線発光素子8は複数個配置することが好ましい。
A transistor or FET and an infrared
次に、図3の受信機の内部のブロック図を用いて、受信機2の構造について説明する。受信機2は、赤外線受光部30と、超音波受信部31、32と、アンプ33、フィルタ回路部36、コンパレータ39からなる赤外線受光回路52と、アンプ34、フィルタ回路部37、コンパレータ40、ゼロクロス回路26からなる超音波受信回路53と、アンプ35、フィルタ回路部38、コンパレータ41、ゼロクロス回路27からなる超音波受信回路53とを有する赤外線超音波測定部42と、CPU43、タイマ44、フラッシュメモリ45、RAM46から成る座標演算部47と、CPU48、RAM49からなる変換処理部50、コンピュータ6接続するための通信インターフェース5と、受信機2の全体に電源を供給することができる電池51から構成されている。超音波受信回路53、54は、超音波受信部31、32が同時に超音波信号を受信しても処理ができるように、超音波受信部の数だけ設置した方が良い。本実施の形態では、座標演算部47と変換処理部50は、機能で分けて説明しているが、座標演算部47と変換処理部50のCPUやRAMは共通であっても良い。
Next, the structure of the
超音波受信部31、32は、電子ペン1の超音波発生回路11の内部のピエゾ素子と同様のもので構成されており、超音波発生回路11から発信された超音波信号を受信するものである。電子ペン1が発信する超音波信号を遮られることなく受信できるように、受信機2に開口部を設けて配設する。
赤外線受光部30は、赤外線受光素子が配置されており、電子ペン1の赤外線発生回路12の赤外線発光素子8から放射された赤外線信号を受信するものである。そのため、赤外線受光素子の波長は、赤外線発光素子8の波長と同等のものが望ましい。
The
The infrared light receiving unit 30 is provided with an infrared light receiving element and receives an infrared signal emitted from the infrared
赤外線信号の受光について説明する。赤外線受光部30で受光した赤外線信号はアンプ33で増幅されて、フィルタ回路部36に送られる。外来ノイズを受光した場合でも、外来ノイズの部分を遮断できるようにフィルタ回路部36は、電子ペン1が受光する赤外線信号と同じ周波数帯域の信号を通過させるフィルタが好ましい。例えば、電子ペン1の赤外線発光素子8の波長が940nmの場合、940nmの波長をピークとする帯域通過フィルタを設計するとよい。その後、コンパレータ39で所定の閾値以上の信号を受信したときを検出し、座標演算部47のCPU43は、コンパレータ39が信号を検出したとき、タイマ44よりその時点の時刻を読み込み、この時刻を赤外線信号の到達の時刻としてRAM46に保存する。
その後、コンパレータ39で特定の閾値以上の信号の受信を検出すると、座標演算部47のCPU43は、タイマ44より信号の受信の検出時の時刻を読み込み、この時刻を赤外線信号の到達の時刻としてRAM46に保存する。コンパレータ39で特定の閾値以上の信号の受信を検出する際、赤外線信号の先頭の1波形分の受信ができなくとも、赤外線信号の到達時刻とする。これは、ペン1からの赤外線信号の速度が、超音波信号の速度より遥かに速いため、赤外線信号の1波形は、誤差内と判断できる。
Infrared signal reception will be described. The infrared signal received by the infrared light receiving unit 30 is amplified by the
Thereafter, when the
次に電子ペン1から発信された超音波信号を二つの超音波受信部31、32で受信する。ここで超音波受信回路53、54の回路構成は、同じなので、超音波受信部31と超音波受信回路53を用いて説明する。超音波受信部31にて超音波信号を受信し、アンプ33で信号を増幅させ、フィルタ回路部35で外来ノイズを除去した後、ゼロクロス回路26にて信号の立ち上がり、または、立ち下がりのゼロクロス点を計測し、座標演算部47のCPU43は、ゼロクロス回路26にて信号の立ち上がり、または、立ち下がりのゼロクロス点を計測したとき、タイマ44よりその時点の時刻を読み込み、これをゼロクロス点の時刻としてRAM46に保存する。これを繰り返して、その都度ゼロクロス点の時刻を逐次RAM46に保存する。ここで、フィルタ回路部35で外来ノイズを除去した後、コンパレータ40で所定の閾値以上の信号の受信を検出した場合には、座標演算部47のCPU43は、ゼロクロス回路26により次のゼロクロス点を計測し、そのゼロクロス点の時刻をRAM46へ保存した後、この逐次保存動作を終了する。座標演算部47のCPU43は、コンパレータ40において超音波信号の波形の振幅が所定の閾値を超えたときの前後のRAM46に保存しているゼロクロス点に対応した時刻の時間差を基準周期とし、RAM46に記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期分だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の超音波受信部への到達時刻として抽出する。電子ペン1の超音波発生回路11に部品のバラツキが±10%であるため、所定の誤差としては、電子ペン1の共振周波数の±20%以内とし、好ましくは±10%以内とする。
Next, the ultrasonic signals transmitted from the
そして、座標演算部47のCPU43は、RAM46に保存している赤外線受光部30における赤外線信号の到達時刻と、二つの超音波受信部31、32における超音波信号の到達時刻との到達時間差及び音速を用いて電子ペン1から超音波受信部31、32までの距離を計算する。電子ペン1の位置座標は、電子ペン1と二つの超音波受信部31、32の位置を頂点とする三角形を想定して、三辺測量法の理論を用いて計算する。CPU43は、計算された電子ペン1の位置座標データを変換処理部50のRAM49に保存する。また、通信インターフェース5を介して、コンピュータ6と接続している場合には、変換処理部50のRAM49に保存している内容をコンピュータ6に送信することも可能である。
Then, the
図4は、受信した超音波信号をアンプによって増幅し、フィルタ回路によってフィルタリングした後の計測波形と、コンパレータに設定している閾値αと、計測波形を用いてゼロクロス回路にて生成する波形を示した図である。計測波形のプラス時に、ゼロクロス回路よりプラスの信号が発生し、それ以外は0Vの信号が発生するようにデジタル信号に変換して波形を出力している。このデジタル信号の立ち上がり即ち超音波信号の立ち上がりをゼロクロス点として、このときのタイマの時刻をRAMに保存する。また、計測波形が、コンパレータの閾値αを超えたときの前後のゼロクロス点に対応した時刻t3とt4の時間差を基準周期dt3とし、基準周期dt3と、RAMに保存している基準周期dt3に対応するゼロクロス点から、基準周期分dt3だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続ける。この場合、基準周期分dt3の古い方の時刻t3に対して、基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t2が存在する。さらに時刻t2より基準周期分dt3を引いたときの時刻t2−dt3と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t1が存在する。同様に時刻t1より基準周期分dt3を引いたときの時刻t1−dt3に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しない。これより、時刻t1を超音波信号の到達時刻として抽出する。即ち、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、新たに存在するゼロクロス点に対して基準周期分だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する。 FIG. 4 shows the waveform generated by the zero-cross circuit using the measured waveform after the received ultrasonic signal is amplified by the amplifier and filtered by the filter circuit, the threshold value α set in the comparator, and the measured waveform. It is a figure. When the measurement waveform is positive, a positive signal is generated from the zero-cross circuit, and the waveform is output after being converted into a digital signal so that a signal of 0 V is generated otherwise. The rise of the digital signal, that is, the rise of the ultrasonic signal is set as a zero cross point, and the time of the timer at this time is stored in the RAM. Further, the time difference between times t3 and t4 corresponding to the zero cross points before and after the measured waveform exceeds the threshold value α of the comparator is defined as a reference period dt3, which corresponds to the reference period dt3 and the reference period dt3 stored in the RAM. It goes back from the zero crossing point by the reference period dt3, and keeps going back by the reference period until there is no zero crossing point that coincides with the retroactive time within a predetermined error. In this case, a time t2 exists as a zero cross point that coincides within a predetermined error with a time t3-dt3 when the reference period dt3 is subtracted with respect to the time t3 that is the older of the reference period dt3. Furthermore, time t1 exists as a zero cross point that coincides with time t2-dt3 obtained by subtracting the reference period dt3 from time t2 within a predetermined error. Similarly, there is no zero-cross point that coincides within a predetermined error at time t1-dt3 when the reference period dt3 is subtracted from time t1. Thus, the time t1 is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. That is, from the zero-cross point corresponding to the reference cycle and the reference cycle stored in the RAM, the zero-cross point that goes back by the reference cycle with respect to the newly existing zero-cross point and coincides with the retroactive time within a predetermined error. Until it no longer exists, it keeps going back by the reference period, and the time of the zero cross point that finally matched is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal.
また、別の抽出方法として次のように行う方法もある。基準周期分dt3の古い方の時刻t3に対して、基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3×1と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t2が存在する。さらに時刻t3−dt3×1より基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3×2と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t1が存在する。同様に時刻t3−dt3×2より基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3×3に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しない。これより、時刻t1を超音波信号の到達時刻として抽出する。即ち、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期の古いゼロクロス点の時刻より基準周期のN周期分だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する。 Another extraction method is as follows. A time t2 exists as a zero cross point that coincides within a predetermined error with a time t3-dt3 × 1 when the reference period dt3 is subtracted with respect to the time t3 that is the older of the reference period dt3. Furthermore, time t1 exists as a zero cross point that coincides with time t3-dt3 × 2 within a predetermined error when the reference period dt3 is subtracted from time t3-dt3 × 1. Similarly, there is no zero cross point that coincides within a predetermined error at time t3-dt3 × 3 when the reference period dt3 is subtracted from time t3-dt3 × 2. Thus, the time t1 is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. That is, the reference period and the zero-cross point corresponding to the reference period stored in the RAM are traced back N times of the reference period from the time of the old zero-cross point of the reference period, and match the retroactive time within a predetermined error. Until the zero cross point no longer exists, it continues going back by the reference period, and the time of the last matched zero cross point is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal.
また、図5は、受信した超音波信号をアンプによって増幅し、フィルタ回路によってフィルタリングした後の計測波形と、コンパレータに設定している閾値αと、計測波形を用いてゼロクロス回路にて生成する波形を示した図である。図4と変わるところは、計測波形のマイナス時に、ゼロクロス回路よりプラスの信号が発生し、それ以外は0Vの信号が発生するようにデジタル信号に変換して波形を出力している点である。このデジタル信号の立ち上がり即ち超音波信号の立ち下がりをゼロクロス点とし、このときのタイマの時刻をRAMに保存する。また、計測波形が、コンパレータの閾値αを超えたときの前後のゼロクロス点に対応した時刻t3’とt4’の時間差を基準周期dt3’とし、基準周期dt3’と、RAMに保存している基準周期dt3’に対応するゼロクロス点から、基準周期分dt3’だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続ける。この場合、基準周期分dt3’の古い方の時刻t3’に対して、基準周期分dt3’を引いたときの時刻t3’−dt3’と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t2’が存在する。さらに時刻t2’より基準周期分dt3’を引いたときの時刻t2’−dt3’と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t1’が存在する。同様に時刻t1’より基準周期分dt3’を引いたときの時刻t1’−dt3’ に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しない。これより、時刻t1’を超音波信号の到達時刻として抽出する。即ち、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、新たに存在するゼロクロス点に対して基準周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する。 FIG. 5 shows a waveform generated by a zero-cross circuit using a measured waveform after the received ultrasonic signal is amplified by an amplifier and filtered by a filter circuit, a threshold value α set in a comparator, and the measured waveform. FIG. The difference from FIG. 4 is that the waveform is output after being converted into a digital signal so that a positive signal is generated from the zero cross circuit when the measured waveform is negative, and a signal of 0 V is generated otherwise. The rising edge of the digital signal, that is, the falling edge of the ultrasonic signal is set as a zero cross point, and the timer time at this time is stored in the RAM. Further, a time difference between times t3 ′ and t4 ′ corresponding to the zero cross points before and after the measured waveform exceeds the threshold value α of the comparator is set as a reference period dt3 ′, and the reference period dt3 ′ and a reference stored in the RAM It goes back by the reference period dt3 ′ from the zero cross point corresponding to the period dt3 ′, and keeps going back by the reference period until there is no zero cross point that coincides with the retroactive time within a predetermined error. In this case, the time t2 ′ is a zero-crossing point that coincides with a time t3′−dt3 ′ obtained by subtracting the reference period dt3 ′ within a predetermined error with respect to the time t3 ′ that is the older of the reference period dt3 ′. Exists. Further, a time t1 'exists as a zero cross point that coincides within a predetermined error with a time t2'-dt3' obtained by subtracting the reference period dt3 'from the time t2'. Similarly, there is no zero cross point that coincides within a predetermined error at time t1'-dt3 'when the reference period dt3' is subtracted from time t1 '. Thus, the time t1 'is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. That is, the zero-cross point that goes back from the zero-cross point corresponding to the reference cycle and the reference cycle stored in the RAM by the reference cycle with respect to the newly existing zero-cross point, and that coincides within a predetermined error at the traced time. Until it no longer exists, it keeps going back by the reference period, and the time of the zero cross point that finally matched is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal.
また、別の抽出方法として次のように行う方法もある。基準周期分dt3’の古い方の時刻t3’に対して、基準周期分dt3’を引いたときの時刻t3’−dt3’×1と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t2’が存在する。さらに時刻t3’−dt3’×1より基準周期分dt3’を引いたときの時刻t3’−dt3’×2と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t1’が存在する。同様に時刻t3’−dt3’×2より基準周期分dt3’を引いたときの時刻t3’−dt3’×3に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しない。これより、時刻t1’を超音波信号の到達時刻として抽出する。即ち、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期の古いゼロクロス点の時刻より基準周期のN周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する。 Another extraction method is as follows. Time t2 ′ exists as a zero-crossing point that coincides within a predetermined error with time t3′−dt3 ′ × 1 when the reference period dt3 ′ is subtracted with respect to the time t3 ′ that is the older of the reference period dt3 ′. To do. Further, a time t1 'exists as a zero cross point that coincides with a time t3'-dt3'x2 within a predetermined error when the reference period dt3' is subtracted from the time t3'-dt3'x1. Similarly, there is no zero cross point that coincides within a predetermined error at time t3'-dt3'x3 when the reference period dt3 'is subtracted from time t3'-dt3'x2. Thus, the time t1 'is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. That is, the reference period and the zero-cross point corresponding to the reference period stored in the RAM are traced back by N periods of the reference period from the time of the zero-cross point of the old reference period, and coincide with the retroactive time within a predetermined error. Until the zero cross point no longer exists, it continues going back by the reference period, and the time of the last matched zero cross point is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal.
ここで、図4に示す超音波信号の計測波形に1周期分のノイズが混入した場合の処理を図11を用いて説明する。受信した超音波信号をアンプによって増幅し、フィルタ回路によってフィルタリングした後の計測波形と、コンパレータに設定している閾値αと、計測波形を用いてゼロクロス回路にて生成する波形を示した図である。電子ペン1の超音波発生回路11より発振する超音波信号の共振周波数80kHzの周期より長い周期または短い周期のノイズが、フィルタ回路にて不要な周波数のノイズとして除去される。しかし、電子ペン1の超音波発生回路11の超音波信号の共振周波数のバラツキを考慮し、ある程度の周波数の帯域をもたせるため、80kHzの周期に近い信号は、フィルタ回路を通過する。そのため、80kHzの周期に近い周期de1の1周期分のノイズは、超音波信号とともに、フィルタ回路を通過する。そして、フィルタ回路通過後の周期de1のノイズと超音波信号の波形のプラス時に、ゼロクロス回路よりプラスの信号が発生し、それ以外は0Vの信号が発生するようにデジタル信号に変換して波形を出力する。このデジタル信号の立ち上がり即ち超音波信号の立ち上がりをゼロクロス点として、このときのタイマの時刻をRAMに保存する。
また、フィルタ回路通過後の超音波信号の波形が、コンパレータの閾値αを超えたときの前後のゼロクロス点に対応した時刻t3とt4の時間差を基準周期dt3とし、基準周期t3と、RAMに保存している基準周期dt3に対応するゼロクロス点から、基準周期分dt3だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続ける。この場合、基準周期分dt3の古い方の時刻t3に対して、基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t2が存在する。さらに時刻t2より基準周期分dt3を引いたときの時刻t2−dt3と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t1が存在する。同様に時刻t1より基準周期分dt3を引いたときの時刻t1−dt3に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しない。時刻e1にはゼロクロス点が存在するが、時刻t1−dt3と所定の誤差内で一致しないため、時刻t1を超音波信号の到達時刻として抽出する。即ち、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、新たに存在するゼロクロス点に対して基準周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する。
Here, processing when noise for one cycle is mixed in the measurement waveform of the ultrasonic signal shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. It is the figure which showed the waveform produced | generated in a zero cross circuit using the measured waveform after amplifying the received ultrasonic signal with an amplifier and filtering with the filter circuit, the threshold value (alpha) set to the comparator, and a measured waveform . Noise having a period longer or shorter than the period of the resonance frequency of 80 kHz of the ultrasonic signal oscillated from the ultrasonic
In addition, the time difference between times t3 and t4 corresponding to the zero-cross point before and after the waveform of the ultrasonic signal that has passed through the filter circuit exceeds the threshold value α of the comparator is defined as a reference period dt3, and is stored in the RAM. It goes back by the reference period dt3 from the zero-cross point corresponding to the reference period dt3, and keeps going back by the reference period until there is no zero-cross point that coincides within a predetermined error at the traced time. In this case, a time t2 exists as a zero cross point that coincides within a predetermined error with a time t3-dt3 when the reference period dt3 is subtracted with respect to the time t3 that is the older of the reference period dt3. Furthermore, time t1 exists as a zero cross point that coincides with time t2-dt3 obtained by subtracting the reference period dt3 from time t2 within a predetermined error. Similarly, there is no zero cross point that coincides within a predetermined error at time t1-dt3 when the reference period dt3 is subtracted from time t1. Although a zero cross point exists at the time e1, it does not coincide with the time t1-dt3 within a predetermined error, so the time t1 is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. That is, the zero-cross point that goes back from the zero-cross point corresponding to the reference cycle and the reference cycle stored in the RAM by the reference cycle with respect to the newly existing zero-cross point, and that coincides within a predetermined error at the traced time. Until it no longer exists, it keeps going back by the reference period, and the time of the zero cross point that finally matched is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal.
また、別の抽出方法として次のように行う方法もある。基準周期分dt3の古い方の時刻t3に対して、基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3×1と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t2が存在する。さらに時刻t3−dt3×1より基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3×2と所定の誤差内で一致するゼロクロス点として時刻t1が存在する。同様に時刻t3−dt3×2より基準周期分dt3を引いたときの時刻t3−dt3×3に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しない。時刻e1にはゼロクロス点が存在するが、時刻t3−dt3×3と所定の誤差内で一致しないため、時刻t1を超音波信号の到達時刻として抽出する。即ち、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期の古いゼロクロス点の時刻より基準周期のN周期分だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する。 Another extraction method is as follows. A time t2 exists as a zero cross point that coincides within a predetermined error with a time t3-dt3 × 1 when the reference period dt3 is subtracted with respect to the time t3 that is the older of the reference period dt3. Furthermore, time t1 exists as a zero cross point that coincides with time t3-dt3 × 2 within a predetermined error when the reference period dt3 is subtracted from time t3-dt3 × 1. Similarly, there is no zero cross point that coincides within a predetermined error at time t3-dt3 × 3 when the reference period dt3 is subtracted from time t3-dt3 × 2. Although a zero cross point exists at the time e1, it does not match the time t3-dt3 × 3 within a predetermined error, so the time t1 is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. That is, the reference period and the zero-cross point corresponding to the reference period stored in the RAM are traced back N times of the reference period from the time of the old zero-cross point of the reference period, and match the retroactive time within a predetermined error. Until the zero cross point no longer exists, it continues going back by the reference period, and the time of the last matched zero cross point is extracted as the arrival time of the ultrasonic signal.
図4と図5では、超音波信号の最初の波形がプラス側になるかマイナス側になるかが予め分かっている場合には使い分ける必要があるが、分からない場合には、ゼロクロス回路から図4と図5に説明している2種類の波形を出力し、その2種類の波形のそれぞれより超音波信号の到達時刻を抽出し、さらに、2種類の波形の超音波信号の到達時刻の早い時刻をこの超音波信号の到達時刻として抽出することができる。これにより、精度ある超音波信号の到達時刻の計測を行うことができ、結果として精度ある電子ペン1の位置座標の計測を行うことができる。
In FIGS. 4 and 5, it is necessary to use properly when it is known in advance whether the first waveform of the ultrasonic signal is on the plus side or the minus side. The two types of waveforms described in FIG. 5 are output, the arrival time of the ultrasonic signal is extracted from each of the two types of waveforms, and the arrival time of the ultrasonic signal having the two types of waveforms is earlier. Can be extracted as the arrival time of the ultrasonic signal. Thereby, the arrival time of an ultrasonic signal with accuracy can be measured, and as a result, the position coordinate of the
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
(実施例1)
図1のように配置された手書き筆跡入力システムを使用した。ただし、電子ペン1の超音波発生回路11の超音波信号の周波数を80kHzに、赤外線発生回路の赤外線の波長を940nmに設定し、信号発信部13の超音波信号及び赤外線信号の発信間隔は100回/秒となるように設定した。また、受信機2が、図3のブロック図に示す構成を成し、電子ペン1から受信した超音波信号は、超音波信号の最初の波形がプラス側になる波形としており、図3のブロック図の各ゼロクロス回路28、29から出力する波形は、図4に示す波形になる。また、フィルタ回路部37、38は、80kHzをピークとする帯域通過フィルタとし、フィルタ回路部33は、940nmの波長をピークとする帯域通過フィルタとしている。受信機2とコンピュータ6は切り離し、受信機2は内部電池51の電力を使って使用した。超音波信号の到達時間を抽出する方法は、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、新たに存在するゼロクロス点に対して基準周期分だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する方法を使用する。
電子ペン1は二つの超音波受信部から均等に約300mmの位置に固定して設置し、約2秒間、電子ペンを静止した筆記状態にして、受信機2で位置座標の計測をおこなった。この動作を位置を変えて10回繰り返したときの座標演算部47で生成された位置座標データを評価した結果、10回とも正確に電子ペンの位置座標を検出することができた。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples. The present invention is not limited to the following examples, and includes various modifications within the technical scope of the present invention.
Example 1
The handwriting handwriting input system arranged as shown in FIG. 1 was used. However, the frequency of the ultrasonic signal of the
The
(実施例2)
超音波信号を抽出する方法以外は実施例1と同様の構成とした。
超音波信号の到達時間を抽出する方法としては、基準周期と、RAMに記憶している基準周期に対応するゼロクロス点から、基準周期の古いゼロクロス点の時刻より基準周期のN周期分だけ遡り、遡った時刻と所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を超音波信号の到達時刻として抽出する方法を使用する。
上記の実施例1のシステムを用いて、実施例1と同じテストを行った。その結果、10回とも正確に電子ペンの位置座標を検出することができ、実施例1と同等の結果を得る事が確認できた。
(Example 2)
The configuration was the same as that of Example 1 except for the method of extracting the ultrasonic signal.
As a method of extracting the arrival time of the ultrasonic signal, the reference period and the zero-cross point corresponding to the reference period stored in the RAM are traced back by N periods of the reference period from the time of the old zero-cross point of the reference period, A method of extracting the time of the last zero cross point that coincides with the reference period and extracting it as the arrival time of the ultrasonic signal is used until there is no zero cross point that coincides with the retroactive time within a predetermined error.
The same test as in Example 1 was performed using the system in Example 1 above. As a result, it was confirmed that the position coordinates of the electronic pen could be accurately detected 10 times, and the same result as in Example 1 was obtained.
(実施例3)
受信機2が、図6のブロック図に示す構成を成し、ゼロクロス回路28、29から図7に示している2種類の波形a、bを出力し、その2種類の波形のそれぞれより超音波信号の到達時刻を抽出し、さらに、2種類の波形の超音波信号の到達時刻の早い時刻をこの超音波信号の到達時刻として抽出する様成した以外は、実施例1と同様の構成にて同様の評価を行った。
その結果、10回とも正確に電子ペンの位置座標を検出することができ、実施例1と同等の結果を得る事が確認できた。
(Example 3)
The
As a result, it was confirmed that the position coordinates of the electronic pen could be accurately detected 10 times, and the same result as in Example 1 was obtained.
(実施例4)
超音波信号に100kHzの1波形のノイズが混入している以外は実施例1と同様の構成とした。
上記の実施例1のシステムを用いて、実施例1と同様の評価を行った。その結果、図11に示すように、ノイズの周期de1の除去が行え、10回とも正確に電子ペンの位置座標を検出することができ、実施例1と同等の結果を得る事が確認できた。
Example 4
The configuration was the same as in Example 1 except that one waveform of 100 kHz noise was mixed in the ultrasonic signal.
Evaluation similar to Example 1 was performed using the system of Example 1 described above. As a result, as shown in FIG. 11, the noise period de1 can be removed, and the position coordinates of the electronic pen can be accurately detected 10 times, and it was confirmed that the same result as in Example 1 was obtained. .
(比較例1)
受信機2が、図8のブロック図に示す構成を成し、ゼロクロス回路を使用せず、コンパレータ40、41の閾値を閾値αより小さい値βとした以外は、実施例1と同様の構成とした。
図8のブロック図において、超音波受信部31および超音波受信回路53と、超音波受信部32および超音波受信回路54は同様な動作をするので、超音波受信部31および超音波受信回路53を用いて、コンパレータ40を使用したときの超音波信号の到達時間の抽出について説明する。
超音波受信部31にて受信した超音波信号を、アンプ34にて増幅させ、フィルタ回路37で外来ノイズを除去した後、信号の計測波形が閾値βより大きいときに、コンパレータ40からプラスの信号が発生し、それ以外は0Vの信号が発生するようにデジタル信号に変換して波形を出力している。信号の立ち上がり時に、座標演算部47のCPU43は、タイマ43の時刻をRAM46に保存する。そして、RAM46に保存している最初の超音波信号の時刻を、超音波信号の超音波受信部31への到達時刻として抽出する。
上記の比較例1のシステムを用いて、実施例1と同様の評価を行った。その結果、図9に示すように、コンパレータ40のT1の時間に相当する最初の超音波信号の約1波長を取り落としたため、電子ペンの位置座標を正確に検出することができなかった。
(Comparative Example 1)
The
In the block diagram of FIG. 8, the
After the ultrasonic signal received by the
Evaluation similar to Example 1 was performed using the system of Comparative Example 1 described above. As a result, as shown in FIG. 9, about one wavelength of the first ultrasonic signal corresponding to the time T1 of the
(比較例2)
コンパレータ40、41の閾値をβより0Vに近い閾値γとした以外は比較例1と同様の構成とした。
上記の比較例1のシステムを用いて、実施例1と同様の評価を行った。その結果、図10に示すように、コンパレータ40のΔTの時間に相当する最初の超音波信号の遅れが発生し、電子ペンの位置座標を正確に検出することができなかった。
(Comparative Example 2)
The
Evaluation similar to Example 1 was performed using the system of Comparative Example 1 described above. As a result, as shown in FIG. 10, a delay of the first ultrasonic signal corresponding to the time ΔT of the
(比較例3)
超音波信号に100kHzの1波形のノイズが混入している以外は比較例1と同様の構成とした。
上記の比較例1のシステムを用いて、実施例1と同様の評価を行った。その結果、図12に示すように、ノイズの影響によりコンパレータ40のΔT’の時間に相当する最初の超音波信号の進みが発生し、電子ペンの位置座標を正確に検出することができなかった。
(Comparative Example 3)
The configuration was the same as that of Comparative Example 1 except that one waveform of 100 kHz noise was mixed in the ultrasonic signal.
Evaluation similar to Example 1 was performed using the system of Comparative Example 1 described above. As a result, as shown in FIG. 12, the advance of the first ultrasonic signal corresponding to the time ΔT ′ of the
上記のように、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、比較例1、比較例2、比較例3のいずれも超音波信号の到達時間計測のための回路構成は比較的簡単であり、かつ、計測に使用するRAMの記憶容量も少なくて済む。しかし、比較例1、比較例2、比較例3に対して、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4では、RAMに記憶しているゼロクロス点の時刻から超音波信号の到達時刻を抽出する方法を使用しているため、電子ペンの位置座標を正確に検出することができた。よって、手書き筆跡入力システムにおける記憶容量や位置座標の正確さの面から本発明は有効であることが確認された。 As described above, each of the first, second, third, fourth, comparative, first, second, and third examples has a relatively simple circuit configuration for measuring the arrival time of the ultrasonic signal. It is simple and the storage capacity of the RAM used for measurement is small. However, compared with Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, in Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4, the arrival of the ultrasonic signal from the time of the zero cross point stored in the RAM. Since the time extraction method is used, the position coordinates of the electronic pen can be accurately detected. Therefore, it was confirmed that the present invention is effective in terms of storage capacity and accuracy of position coordinates in the handwriting handwriting input system.
1 電子ペン
2 受信機
3 筆記部
4 被記録媒体
5 通信インターフェース
6 コンピュータ
8 赤外線発光素子
9 赤外線発生回路
10 超音波発生素子
11 超音波発生回路
13 信号発信部
14 ペンスイッチ
15、51 電池
26、27 コンパレータ
28、29 ゼロクロス回路
30 赤外線受光部
31、32 超音波受信部
33、34、35 アンプ
36、37、38 フィルタ回路
39、40、41 コンパレータ
42 赤外線超音波測定部
43、48 CPU
44 タイマ
45 フラッシュメモリ
46、49 RAM
47 座標演算部
50 変換処理部
52 赤外線受光回路
53、54 超音波受信回路
DESCRIPTION OF
44
47 Coordinate
Claims (1)
前記赤外線超音波測定部は、少なくとも、前記超音波受信部において受信した超音波信号の波形の立ち上がり、または、立ち下がりのゼロクロス点を計測するゼロクロス検出部と、前記超音波信号の波形の振幅が所定の閾値を超えたことを検出する振幅比較部とを有し、
前記座標演算部は、前記ゼロクロス点の時刻を逐次記憶する時刻記憶部と、前記超音波信号の波形の振幅が所定の閾値を超えたときの前後のゼロクロス点に対応した時刻の時間差を基準周期とし、前記時刻記憶部に記憶している前記基準周期に対応するゼロクロス点から、前記基準周期分だけ遡り、遡った時刻に所定の誤差内で一致するゼロクロス点が存在しなくなるまで、前記基準周期分だけ遡り続け、最後に一致したゼロクロス点の時刻を前記超音波信号の前記超音波受信部への到達時刻として抽出する手段とを有することを特徴とする手書き筆跡入力システム。
At least an infrared generating circuit including an infrared light emitting element, an ultrasonic generating circuit including an ultrasonic generating element, a control means for controlling infrared signals and ultrasonic signals transmitted from these circuits, and a locus directly on the recording medium An electronic pen consisting of a writing part having a function capable of leaving a mark, a switch for determining whether or not the writing part is in a writing state, at least one infrared receiving part, and two or more Obtained from an infrared ultrasonic measurement unit having an ultrasonic reception unit and measuring the arrival of the infrared signal and the ultrasonic signal to the infrared light receiving unit or the ultrasonic reception unit, and the infrared ultrasonic measurement unit The distance between the electronic pen and the ultrasonic receiver is calculated using the arrival time difference and the sound speed of the infrared signal and the ultrasonic signal, and the position coordinate data of the electronic pen is calculated using the distance. Coordinate calculation unit, and a handwritten input system comprising a conversion processing unit having a function of converting the position coordinate data of the electronic pen on the handwriting data,
The infrared ultrasonic measurement unit includes at least a zero cross detection unit that measures a rising or falling zero cross point of a waveform of an ultrasonic signal received by the ultrasonic receiving unit, and an amplitude of the waveform of the ultrasonic signal. An amplitude comparison unit that detects that a predetermined threshold has been exceeded,
The coordinate calculation unit includes a time storage unit that sequentially stores the time of the zero cross point, and a time difference between times corresponding to the zero cross points before and after the amplitude of the waveform of the ultrasonic signal exceeds a predetermined threshold. The reference period until the zero-cross point corresponding to the reference period stored in the time storage unit is traced back by the reference period and no matching zero-cross point exists within a predetermined error. And a means for extracting the time of the zero-crossing point that coincides with the last time as the arrival time of the ultrasonic signal to the ultrasonic receiving unit.
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US8373671B2 (en) | 2009-12-17 | 2013-02-12 | Panasonic Corporation | Touch screen device |
JP2020134480A (en) * | 2019-02-26 | 2020-08-31 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic measuring device and ultrasonic measuring method |
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2007
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
JP2011128858A (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-30 | Panasonic Corp | Touch panel device |
US8373671B2 (en) | 2009-12-17 | 2013-02-12 | Panasonic Corporation | Touch screen device |
JP2020134480A (en) * | 2019-02-26 | 2020-08-31 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic measuring device and ultrasonic measuring method |
JP7298186B2 (en) | 2019-02-26 | 2023-06-27 | セイコーエプソン株式会社 | Ultrasonic measuring device and ultrasonic measuring method |
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